像金属拉伸试验那样拉伸金属试样的两端,则最终试样会发生断裂。这就是抗拉强度,在一定的环境下,如果持续施加低于这个抗拉强度的应力,则金属最终会发生破裂。这种腐蚀现象称为应力腐蚀开裂。引起应力腐蚀开裂的应力是拉应力,它包括使用过程中承受的应力和加工过程中产生的内应力。
【图1】中是应力腐蚀破裂的模式图。金属材料表面腐蚀点的腐蚀缓慢进行。金属内部的拉应力或外部的拉应力施加在这种材料上,导致腐蚀尖端部分和破裂尖端部分很尖锐,且向腐蚀发展方向弯曲。这种破裂包含了晶界破裂和晶粒内部的破裂。
应力腐蚀开裂是由金属材料和特定环境引发,其中具有代表性的例子如【表1】所示。即使以这种方式施加拉应力,除非腐蚀环境匹配,否则不会发生腐蚀,可以说这是一种仅会在限定环境中发生的腐蚀案例。
作为应力腐蚀开裂的一个案例,以前,机车锅炉的铆钉周围经常会产生裂纹,进而引起腐蚀,经查明这是由碳素钢与为了防腐蚀而加入锅炉水中的高温NaOH水溶液共同作用所引发的应力腐蚀开裂。
此外,作为黄铜的季节性开裂案例而广为人知的,是黄铜子弹壳在季风季节大量开裂的案例。由黄铜与NH3等组合使用,通过冷拔加工而成的弹壳,受到大气环境中的湿气、氧气、亚硫酸气、氨气等的作用,发生应力腐蚀破裂。
奥氏体不锈钢在接触氯化物溶液或海水时容易发生应力腐蚀开裂,所以应在成型后通过热处理消除应力,或采用兼具铁素体和奥氏体特性的双相不锈钢。
【表1】发生应力腐蚀破裂的金属与环境
金属 | 诱因物质 | 环境示例 |
碳素钢 | NO3- | 高温NaNO3溶液 |
OH- | 高温高浓度NaOH溶液 | |
高张力钢 | H2S | H2S水溶液 |
奥氏体不锈钢 | CL- | 高温海水 |
OH- | 高温高浓度NaOH溶液 | |
聚硫代酸 | 硫化后暴露于潮湿环境 | |
高温水 | 沸水反应堆管道 | |
黄铜 | NH3 | 含有NH3的大气 |
胺 | 胺水溶液 | |
高强度铝合金 | CL- | 海水 |
高强度钛合金 | CL- | 海水、热NaCL |